基板处理装置的制作方法

本公开涉及一种基板处理装置。

背景技术：

作为制造半导体装置的工艺技术，公开了以下一种技术：利用基板处理装置在表面形成有凹凸的基板形成硅膜等，利用硅膜等对形成于基板的表面的凹部进行填埋。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-152426号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

另外，在多个基板形成上述那样的硅膜等的情况下，除了阶梯覆盖率、膜表面的平坦性以外，形成于各个基板的硅膜等的膜厚度的面内均匀性也很重要。因此，要求一种能够在基板间形成膜厚度的面内均匀性良好的膜的基板处理装置。

用于解决问题的方案

根据本实施方式的一个观点，基板处理装置具有：处理容器，其在内部收容多个基板；气体供给部，其向所述处理容器的内部供给为包含si和h、或ge和h的化合物的第一原料气体、以及为包含si和卤元素、或ge和卤元素的化合物的第二原料气体；以及排气部，其对所述处理容器的内部进行排气，其中，所述气体供给部具有分散喷嘴部，该分散喷嘴部设置有用于释放所述第一原料气体和所述第二原料气体的多个气体孔，所述基板处理装置具有用于对所述分散喷嘴部内的所述第一原料气体和所述第二原料气体进行加热的加热部。

发明的效果

根据公开的基板处理装置，能够在基板间形成膜厚度的面内均匀性良好的膜。

附图说明

图1是通过cvd形成硅膜时的原料气体和特性的说明图。

图2是本实施方式的基板处理装置的构造图。

图3是本实施方式的基板处理装置的处理容器的截面图。

图4是本实施方式的其它基板处理装置的构造图。

图5是本实施方式的其它基板处理装置的处理容器的截面图。

图6是本实施方式的半导体膜的成膜方法的工序图(1)。

图7是本实施方式的半导体膜的成膜方法的工序图(2)。

图8是本实施方式的半导体膜的成膜方法的说明图。

图9是用于比较的基板处理装置的构造图。

图10是通过图9所示的基板处理装置形成的硅膜的说明图。

图11是通过本实施方式的基板处理装置形成的硅膜的说明图。

图12是本实施方式的半导体膜的成膜方法的变形例的工序图(1)。

图13是本实施方式的半导体膜的成膜方法的变形例的工序图(2)。

图14是本实施方式的半导体膜的成膜方法的变形例的工序图(3)。

图15是本实施方式的半导体膜的成膜方法的变形例的说明图。

具体实施方式

下面，说明用于实施的方式。此外，对于相同的构件等标注相同的标记并省略说明。另外，在本申请中，将x1-x2方向、y1-y2方向、z1-z2方向设为彼此正交的方向。另外，将包括x1-x2方向和y1-y2方向的面记载为xy面，将包括y1-y2方向和z1-z2方向的面记载为yz面，将包括z1-z2方向和x1-x2方向的面记载为zx面。

(半导体膜的形成)

首先，对通过cvd(chemicalvapordeposition：化学气相沉积)形成硅膜的情况进行说明。作为通过cvd形成无定形(非晶)硅膜的方法，有使用甲硅烷(sih4)作为原料气体的方法和使用乙硅烷(si2h6)作为原料气体的方法。如图1所示，在将甲硅烷作为原料气体、通过cvd在表面形成有凹凸的基板形成无定形硅膜的情况下，所形成的无定形硅膜的阶梯覆盖率良好，但表面粗糙度不是很好。另外，在将乙硅烷作为原料气体、通过cvd在具有凹凸的基板形成无定形硅膜的情况下，所形成的无定形硅膜的表面粗糙度良好，但阶梯覆盖率不是很好。

即，在通过cvd形成无定形硅膜的情况下，无论原料气体是使用甲硅烷的情况还是使用乙硅烷的情况，均难以得到表面粗糙度和阶梯覆盖率这双方都良好的硅膜。

因此，发明人进行了研究，结果想到了同时供给甲硅烷和二氯硅烷(sih2cl2)来成膜。由此，能够得到表面粗糙度和阶梯覆盖率均良好的无定形硅膜。另外，在向多个基板同时供给甲硅烷和二氯硅烷来形成无定形硅膜的情况下，由于使用2种原料气体，因此在基板间、膜厚度的面内均匀性容易产生偏差。发明人进一步进行了研究，结果想到了一种表面粗糙度和阶梯覆盖率均良好、且能够抑制基板间的膜厚度的面内均匀性的偏差的基板处理装置。下面，对于想到的基板处理装置，作为本实施方式来进行说明。

(基板处理装置的构造)

基于图2和图3来说明本实施方式的基板处理装置。本实施方式的基板处理装置为能够同时在多个基板一并地成膜的批量式的立式的基板处理装置。

如图2所示，基板处理装置10具有收容作为基板的半导体晶圆w的处理容器34、以及封闭处理容器34的z2侧的下端的开口的盖体36。并且，基板处理装置10具有：作为以规定的间隔保持多个半导体晶圆w的基板保持具的晶圆舟38，其能够收容于处理容器34内；气体供给部40，其向处理容器34内供给气体；以及排气部41，其对处理容器34内的气体进行排气。在处理容器34的外侧设置有用于对处理容器34的内部进行加热的加热部42。

处理容器34由圆筒形状的内管44和圆筒形状的外管46形成，其中，所述内管44的z2侧的下端开放，所述内管44在z1侧具有顶部44a，所述外管46的z2侧的下端开放，所述外管46覆盖内管44的外侧，在z1侧具有顶部。内管44和外管46由石英等耐热性材料形成，内管44和外管46沿z1-z2方向被同轴状地配置而成为双层管构造。

内管44的顶部44a例如平坦。在内管44的内侧，沿z1-z2方向形成有收容气体供给管的喷嘴收容部48。例如图3所示，可以使内管44的侧壁的一部分向x1方向的外侧凸出而形成凸部50，并将所形成的凸部50的内部设为喷嘴收容部48。在内管44的与喷嘴收容部48相向的相反侧即x2侧的侧壁，沿z1-z2方向形成有宽度为l1的矩形状的开口52。

开口52为用于对内管44内进行排气的排气口。开口52的z1-z2方向上的长度形成为与晶圆舟38的长度相同、或比晶圆舟38的长度长。即，在开口52的z1侧的上端，较长地形成至比与晶圆舟38的上端对应的位置靠z1侧的位置，在开口52的z2侧的下端，较长地形成至比与晶圆舟38的下端对应的位置靠z2侧的位置。具体地说，如图2所示，晶圆舟38的上端与开口52的上端之间的z1-z2方向上的长度l2为0mm～5mm左右。另外，晶圆舟38的下端与开口52的下端之间的z1-z2方向上的长度l3为0mm～350mm左右。

处理容器34的z2侧的下端被例如由不锈钢形成的圆筒形状的岐管54支承。在岐管54的z1侧的上端形成有凸缘部56，在凸缘部56上连接有外管46的z2侧的下端。在凸缘部56与外管46之间设置有o环等密封构件58，凸缘部56与外管46经由密封构件58连接。在本申请中，有时将被处理容器34的内侧的处理容器34、岐管54、盖体36围成的区域记载为处理容器的内部。

在岐管54的成为上部的z1侧的内壁设置有圆环状的支承部60，在支承部60上设置内管44的z2侧的下端来对其进行支承。盖体36经由o环等密封构件62安装于岐管54的z2侧的下端的开口，从而密闭地封闭处理容器34的z2侧的下端的开口、即岐管54的开口。盖体36例如由不锈钢形成。

在盖体36的中央部，经由磁性流体密封部64贯通设置有旋转轴66。旋转轴66的z2侧的下部旋转自如地支承于包括晶舟升降机的升降部68的臂68a。

在旋转轴66的z1侧的上端设置有旋转板70，经由石英制的保温台72在旋转板70上载置用于保持半导体晶圆w的晶圆舟38。因而，能够通过利用升降部68使臂68a升降，来使盖体36与晶圆舟38一体地沿上下方向移动，从而能够使晶圆舟38进入处理容器34内或使晶圆舟38从处理容器34内出来。

气体供给部40设置于岐管54，能够向内管44的内部供给第一原料气体和第二原料气体、吹扫气体等。气体供给部40具有多个(例如3个)石英制的气体供给管76、78、80。各气体供给管76、78、80在内管44的内部具有沿z1-z2方向的分散喷嘴部76a、78a、80a，各气体供给管76、78、80的z2方向侧的端部向x1侧被弯曲为l字状并贯通岐管54，从而被支承。

如图3所示，气体供给管76、78、80在内管44的喷嘴收容部48内沿周向设置。在各气体供给管76、78、80中，在设置于内管44的内侧的分散喷嘴部76a、78a、80a以规定的间隔形成有多个气体孔76b、78ba、80b，由各气体孔76b、78b、80b沿大致水平方向释放各气体。规定的间隔例如与支承于晶圆舟38的半导体晶圆w的间隔相同。另外，分散喷嘴部76a、78a、80a的各气体孔76b、78b、80b在z1-z2方向上的位置位于在z1-z2方向上相邻的半导体晶圆w间的中间，从而能够将各气体有效地供给至半导体晶圆w间的空间部。但是，各气体孔76b、78b、80b的规定的间隔不限定于上述间隔。可以针对多张半导体晶圆w的每一个半导体晶圆w进行设置。

另外，各气体孔76b、78b、80b的位置不限于相邻的半导体晶圆w间的中间的位置，可以设置于与半导体晶圆w相同的高度等任意的位置。并且，各气体孔76b、78b、80b的朝向可以设置为朝向半导体晶圆w的中心、朝向半导体晶圆w的外周、或朝向内管44等任意的方向。

在外管46的外周侧，以包围外管46的周围的方式设置有圆筒形状的加热部42。通过加热部42，能够对被收容于处理容器34内的半导体晶圆w和气体供给管76、78的分散喷嘴部76a、78a内的气体进行加热。

在本实施方式中，从气体供给管76供给第一原料气体，从气体供给管78供给第二原料气体，从气体供给管80供给吹扫气体。第一原料气体供给源111经由流量控制器112、开闭阀113来与气体供给管76连接，第二原料气体供给源121经由流量控制器122、开闭阀123来与气体供给管78连接。此外，吹扫气体供给源131经由流量控制器132、开闭阀133来与气体供给管80连接。

具体地说，通过质量流量控制器等流量控制器112的控制，从第一原料气体供给源111经由开闭阀113向气体供给管76供给所需要的流量的作为第一原料气体的甲硅烷。然后，通过气体供给管76的分散喷嘴部76a的气体孔76b被释放至处理容器34的内管44的内部。通过质量流量控制器等流量控制器122的控制，从第二原料气体供给源121经由开闭阀123向气体供给管78供给所需要的流量的作为第二原料气体的二氯硅烷。然后，通过气体供给管78的分散喷嘴部78a的气体孔78b被释放至处理容器34的内管44的内部。

通过加热部42对存在于位于内管44的内侧的气体供给管76的内部的作为第一原料气体的甲硅烷和存在于气体供给管78的内部的作为第二原料气体的二氯硅烷进行加热。此外，在作为第一原料气体的甲硅烷和作为第二原料气体的二氯硅烷的加热不充分的情况下，朝向半导体晶圆w释放的原料气体的活化状态在基板间不同，所形成的硅膜的基板间的面内均匀性产生偏差。在本实施方式中，使用在供给至处理容器内后、到向半导体晶圆w释放为止的滞留时间变长的分散喷嘴部，因此能够利用加热部42对位于内管44的内侧的分散喷嘴部76a、78a进行加热，从而分散喷嘴部76a、78a的内部中的作为第一原料气体的甲硅烷和作为第二原料气体的二氯硅烷充分地被加热。由此，在从气体孔76b、78b释放时，能够使第一原料气体和第二原料气体大致均匀地活化，从而能够在基板间、使所形成的硅膜的膜厚度的面内均匀性良好。

在岐管54的成为上部的z1侧的侧壁且支承部60的上方设置有排气口82，用于将内管44内的气体从开口52经由内管44与外管46之间的空间部84排出。排气口82与排气部41连接。关于排气部41，从排气口82起依次设置压力调整阀88、排气通路86、真空泵90，从而能够对处理容器34的内部进行真空排气。

在本实施方式中，在内管44的内侧，使作为基板面的晶圆面与xy面平行地、沿与晶圆面垂直的z1-z2方向设置有多个半导体晶圆w。作为第一原料气体的甲硅烷和作为第二原料气体的二氯硅烷从分散喷嘴部76a、78a的气体孔76b、78b被释放至半导体晶圆w间。被释放出的原料气体通过半导体晶圆w间而形成硅膜，但无助于硅膜的形成的气体从x2侧的开口52出到内管44的外侧，并通过内管44与外管46之间的空间部84而由排气口82排出。

接着，基于图4和图5来说明本实施方式的其它基板处理装置。在上述中，示出了使用各自的气体供给管来进行作为第一原料气体的甲硅烷和作为第二原料气体的二氯硅烷的供给的例子，图4和图5所示的基板处理装置是从同一气体供给管来供给各种原料气体的。此外，原料气体混合部110可以设置于处理容器34的外部或内部的任意位置，但如图4和图5所示，更优选设置于处理容器34的外部。

从气体供给管76供给第一原料气体与第二原料气体的混合气体，从气体供给管80供给吹扫气体。另外，设置有用于混合第一原料气体和第二原料气体的原料气体混合部110。因此，原料气体混合部110经由流量控制器112、开闭阀113来与第一原料气体供给源111连接，经由流量控制器122、开闭阀123来与第二原料气体供给源121连接。原料气体混合部110为使两种原料气体在开闭阀113与开闭阀123的下游侧合流的方式即可，形状、构造任意。此外，吹扫气体供给源131经由流量控制器132、开闭阀133来与气体供给管80连接。

具体地说，通过质量流量控制器等流量控制器112的控制，从第一原料气体供给源111经由开闭阀113向原料气体混合部110供给所需要的流量的作为第一原料气体的甲硅烷。通过质量流量控制器等流量控制器122的控制，从第二原料气体供给源121经由开闭阀123向原料气体混合部110供给所需要的流量的作为第二原料气体的二氯硅烷。作为第一原料气体的甲硅烷与作为第二原料气体的二氯硅烷在原料气体混合部110中混合，并通过气体供给管76的分散喷嘴部76a的气体孔76b被释放至处理容器34的内管44的内部。

像这样，第一原料气体与第二原料气体在原料气体混合部110中混合，因此能够使从分散喷嘴部76a的气体孔76b释放的第一原料气体与第二原料气体的比例均匀。由此，能够抑制在基板间、所形成的硅膜的膜厚度的面内均匀性产生偏差。此外，在被释放至内管44的内侧的作为第一原料气体的甲硅烷和作为第二原料气体的二氯硅烷的比例不均匀的情况下，所形成的硅膜的膜厚度的面内均匀性容易产生偏差。

在岐管54的成为上部的z1侧的侧壁且支承部60的上方设置有排气口82，内管44内的气体从开口52经由内管44与外管46之间的空间部84排出。排气口82与排气部41连接。关于排气部41，从排气口82起依次设置有压力调整阀88、排气通路86、真空泵90，从而能够对处理容器34的内部进行真空排气。

在本实施方式中，在内管44的内侧，使作为基板面的晶圆面与xy面平行地、沿与晶圆面垂直的z1-z2方向设置有多个半导体晶圆w。作为第一原料气体的甲硅烷与作为第二原料气体的二氯硅烷的混合气体从分散喷嘴部76a的气体孔76b被释放至半导体晶圆w间。被释放出的混合气体通过半导体晶圆w间而形成硅膜，但无助于硅膜的形成的气体从x2侧的开口52出到内管44的外侧，并通过内管44与外管46之间的空间部84而由排气口82排出。

基板处理装置10的整体的动作例如由计算机等控制部95来控制。另外，用于进行基板处理装置10的整体的动作的计算机的程序可以存储于存储介质96。存储介质96例如可以为软盘、光盘、硬盘、闪存、dvd等。

在本实施方式中，由控制部95对流量控制器112、开闭阀113、流量控制器122、开闭阀123、流量控制器132、开闭阀133、加热部42等进行控制。

(半导体膜的成膜方法)

接着，对利用本实施方式的基板处理装置10在半导体晶圆w形成作为半导体膜的硅膜的方法进行说明。首先，通过升降部68将保持有多张半导体晶圆w的晶圆舟38搬入处理容器34的内部，通过盖体36封闭处理容器34的下端的开口部进行密闭，并通过排气部41进行排气，直到处理容器34的内部的压力成为规定的压力为止。之后，通过加热部42加热处理容器34内的半导体晶圆w和气体供给管76内的混合气体，并且从气体供给管76的分散喷嘴部76a的气体孔76b供给第一原料气体与第二原料气体的混合气体，从而形成硅膜。此时，通过使晶圆舟38旋转来使半导体晶圆w旋转地进行硅膜的成膜。

第一原料气体为硅(si)与氢(h)的化合物的气体，例如为sih4、si2h6等。

另外，第二原料气体为si与卤元素的化合物的气体。例如可以为sif4、sihf3、sih2f2、sih3f等含氟硅气体、sicl4、sihcl3、sih2cl2(dcs)、sih3cl、si2cl6等含氯硅气体、sibr4、sihbr3、sih2br2、sih3br等含溴气体。在本实施方式中，作为第二原料气体，优选为包含硅和氯(cl)的化合物的气体，更优选为sicl4、sihcl3、sih2cl2、sih3cl、si2cl6等。

此外，更优选的是，第一原料气体为sih4，第二原料气体为sih2cl2，因此在本实施方式中，对该情况进行说明。

硅膜例如可以为无掺杂膜，也可以为掺杂膜。作为掺杂膜的掺杂剂，例如能够举出磷(p)、硼(b)、砷(as)、氧(o)、碳(c)。

基于图6至图8，更详细地进行说明。首先，如图6所示，准备在硅基板201的表面形成有氧化硅膜(sio2膜)202的半导体晶圆w。氧化硅膜202是通过对硅基板201的表面的硅进行热氧化来形成的，但也可以通过利用溅镀、cvd等进行成膜来形成。

接着，如图7所示，使用本实施方式的基板处理装置10来在氧化硅膜202上形成硅膜203。具体地说，如图8所示，同时供给1500sccm的作为第一原料气体的甲硅烷(sih4)和500sccm的作为第二原料气体的二氯硅烷(dcs)，来形成硅膜203。将此时的处理容器34的内部的气压设为3.0torr。

此外，硅基板201的表面可以不平坦，例如可以在表面形成有沟槽、孔等凹部。另外，可以在硅基板201的表面形成有氮化硅膜(sin膜)来代替氧化硅膜202。

另外，可以在供给第一原料气体与第二原料气体的混合气体之前，在氧化硅膜202上供给氨基硅烷系气体来形成晶种层。氨基硅烷系气体例如可以为dipas(二异丙氨基硅烷)、3dmas(三二甲基氨基硅烷)、btbas(双叔丁基氨基硅烷)。

另外，在上述中说明了形成硅膜的情况，但本实施方式不限定于此。半导体膜的成膜方法例如可以是形成锗膜、硅锗膜的情况。锗膜和硅锗膜例如可以为无掺杂膜，也可以为掺杂膜。

因此，在本实施方式中，第一原料气体也能够使用锗原料气体。锗原料气体例如可以为geh4、ge2h6、ge3h8。第二原料气体也能够使用含卤锗气体。含卤锗气体例如可以为gef4、gehf3、geh2f2、geh3f等含氟锗气体、gecl4、gehcl3、geh2cl2、geh3cl等含氯锗气体、gebr4、gehbr3、geh2br2、geh3br等含溴气体。另外，在该情况下，例如使用氨基锗系气体来代替氨基硅烷系气体。氨基锗系气体例如可以为dmag(二甲基氨基锗)、deag(二乙基氨基锗)、bdmag(双二甲基氨基锗)、bdeag(双二乙基氨基锗)、3dmag(三二甲基氨基锗)。

(面内均匀性)

接着，对使用本实施方式的基板处理装置来通过上述那样的成膜方法形成的硅膜与使用图9所示的构造的基板处理装置形成的硅膜中、基板间的膜厚度的面内均匀性进行说明。此外，在将形成于基板的硅膜的最厚的膜厚度设为max、将最薄的膜厚度设为min、将膜厚度的平均设为ave的情况下，膜厚度的面内均匀性的值为通过(max-min)/ave×(1/2)×100计算出的值。

图9所示的构造的基板处理装置为在气体供给管未设置分散喷嘴部、另外未设置原料气体混合部的构造。在该构造的基板处理装置中，设置有气体供给管976和978，经由气体供给管976向处理容器934的内部供给作为第一原料气体的甲硅烷，经由气体供给管978向处理容器934的内部供给作为第二原料气体的二氯硅烷。另外，在图9所示的基板处理装置中，处理容器934的内管944未设置顶部。

图10示出对使用图9所示的构造的基板处理装置来形成硅膜的情况下的硅膜的面内均匀性进行测定的结果。图10的横轴所示的上部、中部、下部表示半导体晶圆w在处理容器934中的设置位置，上部表示设置于z1侧的半导体晶圆w，下部表示设置于z2侧的半导体晶圆w，中部表示设置于其中间位置的半导体晶圆w。如图10所示，在图9所示的构造的基板处理装置中，在上部和中部的半导体晶圆w上形成的硅膜的面内均匀性低至±1.44％、±2.36％，但在下部为±12.59％，急剧地变高。因而，在同一批中形成硅膜的情况下，设置于处理容器934的上部和中部的半导体晶圆w能够用于之后的工序中，但设置于下部的半导体晶圆w的面内均匀性差，因此不能够用于之后的工序中。因此，导致所制造的半导体装置的成本上升。

接着，图11示出对使用本实施方式的基板处理装置形成硅膜的情况下的硅膜的面内均匀性进行测定的结果。图11的横轴所示的上部、中部、下部表示半导体晶圆w在处理容器34中的设置位置，上部表示设置于z1侧的半导体晶圆w，下部表示设置于z2侧的半导体晶圆w、中部表示设置于其中间位置的半导体晶圆w。如图11所示，关于本实施方式的基板处理装置，形成于半导体晶圆w的硅膜的面内均匀性在上部为±3.08％，在中部为±2.95％，在下部为±2.87％，整体较低且均匀。因而，在同一批中形成硅膜的情况下，能够将所有的半导体晶圆w用于之后的工序中，从而能够降低所制造的半导体装置的成本。

(半导体膜的成膜方法的变形例)

接着，基于图12～图14来说明本实施方式的半导体装置的成膜方法的变形例。

首先，如图12所示，准备在硅基板201的表面形成有氧化硅膜202的半导体晶圆w。氧化硅膜202是通过对硅基板201的表面的硅进行热氧化来形成的，但也可以通过利用溅镀、cvd等成膜方法进行成膜来形成。

接着，如图13所示，使用本实施方式的基板处理装置10在半导体晶圆w的氧化硅膜202上形成膜厚度为1～2nm的第一硅膜213。具体地说，如图15所示，同时供给1500sccm的作为第一原料气体的甲硅烷和500sccm的作为第二原料气体的二氯硅烷，来形成第一硅膜213。此时的处理容器的内部的气压为3.0torr。

接着，如图14所示，使用本实施方式的基板处理装置10在第一硅膜213上例如形成膜厚度为10～20nm的第二硅膜214。具体地说，如图15所示，停止作为第二原料气体的二氯硅烷的供给，供给1500sccm的作为第一原料气体的甲硅烷，来形成第二硅膜214。此时的处理容器的内部的气压设为3.0torr。

以上，说明了实施本发明所涉及的方式，但上述内容并不限定发明的内容，能够在权利要求书所记载的范围内进行各种变形和变更。